فهرست مطالب

سامانه های غیر خطی در مهندسی برق - سال هفتم شماره 1 (پیاپی 11، بهار و تابستان 1399)

نشریه سامانه های غیرخطی در مهندسی برق
سال هفتم شماره 1 (پیاپی 11، بهار و تابستان 1399)

  • تاریخ انتشار: 1400/02/01
  • تعداد عناوین: 7
|
  • خدیجه مهدیخانلو، حسین ابراهیم نژاد* صفحات 4-32

    سیستم های بازشناسی زبان اشاره کمک می کنند تا افراد ناشنوا به رسانه های مختلف دسترسی داشته باشند. در این مقاله، سنسور کنترل کننده حرکت و تصویر دست برای بازشناسی زبان اشاره بکار گرفته شده اند. سنسور کنترل کننده حرکت اطلاعات مربوط به مکان سه بعدی مفاصل دست را فراهم می کند. سری اول ویژگی ها از اطلاعاتی که این سنسور فراهم می کند، استخراج می شود. مواقعی که دست عمود بر سنسور کنترل کننده حرکت قرار نگرفته یا در حالت هایی که دست مشت می شود مکان دقیق مفاصل دست قابل شناسایی نیست. سری دوم ویژگی ها که از تصویر دست استخراج می شود کمک می کنند تا اکثر حالت های دست دقیق تر بازشناسی شوند. سری دوم ویژگی ها شامل هیستوگرام گرادیان های جهت دار و فاصله ی کانتور از مرکز تصویر است. همچنین یک پایگاه داده ی متنوع از حالت های دست زبان اشاره ی آمریکایی ساخته شده است که شامل 64 هزار نمونه است. در مرحله ی بازشناسی از طبقه بند جنگل تصادفی استفاده می شود که برای پایگاه داده های بزرگ انتخاب خوبی است. نتایج آزمایش ها نشان می دهند که روش پیشنهادی نسبت به روش های مشابه نتایج بهتری ارایه می دهد.

    کلیدواژگان: بازشناسی حالت دست، سنسور کنترل کننده حرکت، هیستوگرام گرادیان های جهت دار، جنگل تصادفی
  • محمدامین ثبوتی، داود عزیزیان*، مهدی بیگدلی، گئورگ باباملک قره پتیان صفحات 33-54

    مدل سازی حالت های گذرای الکترومغناطیسی فرکانس بالا و شبیه سازی توزیع ولتاژ و جریان ناشی از امواج گذرای الکتریکی در سیم پیچ های ترانسفورماتور چند سیم پیچه کششی از درجه اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. در مقاله حاضر ضمن ارایه مدل های اجزای محدود، روش تزویج میدان- مدار جهت مدل سازی حالت های گذرای الکترومغناطیسی فرکانس بالا در ترانسفورماتور چند سیم پیچه کششی معرفی شده است. روش ارایه شده از مدل های اجزای محدود دو بعدی به همراه تزویج آن با یک مدار خارجی جهت مدل سازی رفتار گذرای الکترومغناطیسی ترانسفورماتور چند سیم پیچه کششی استفاده می کند. در ادامه مقاله، نتایج حاصل از مدل های ارایه شده با نتایج بدست آمده از یک مدل اجزای محدود کامل سه بعدی و نیز نتایج حاصل از مدل مشروح مقایسه و اعتبار مدل تایید می شود. در نهایت مدل فرکانس بالای تایید شده برای تحلیل پاسخ ضربه ترانسفورماتور مورد استفاده قرار گرفته است. چنانچه نشان داده شده است، مدل ارایه شده نه تنها ساده و سریع است، بلکه با دقت بالایی می تواند پاسخ ضربه را در سیم پیچ های ترانسفورماتور کششی مدل کند

    کلیدواژگان: ترانسفورماتور چند سیم پیچه کششی، حالت گذرا، مدل سازی الکترومغناطیسی، شبکه نردبانی، تزویج میدان- مدار، اجزای محدود
  • فرهاد امیری، محمدحسن مرادی* صفحات 55-80

    در این مقاله، یک روش کنترلی فیدبک خروجی جدید مبتنی بر نامساوی ماتریس خطی برای کنترل موقعیت زاویه ای محور سروموتور AC به کار برده شده است. روش کنترلی پیشنهادی نیازی به اندازه گیری تمام حالت های سروموتور AC ندارد، تنها از فیدبک خروجی استفاده می کند و در برابر عدم قطعیت پارامترهای سروموتور و اغتشاشاهای وارد بر آن بسیار مقاوم است. روش کنترلی پیشنهادی در چند سناریو با روش کنترل مدل داخلی استاندارد- کنترل مد لغزشی، روش دو درجه آزادی کنترل مدل داخلی- کنترل مد لغزشی، روش دو درجه آزادی کنترل مدل داخلی-PID، روش کنترل مدل داخلی استاندارد-PD و روش کنترل مدل داخلی-PID-مشاهده گر (رویت گر) حالت توسعه یافته مقایسه شده است و با توجه به نتایج شبیه سازی، کنترل کننده پیشنهادی دارای عملکرد مطلوبی در مقایسه با سایر کنترل کنندهای ذکر شده در برابر اغتشاشات و عدم قطعیت پارامترهای سروموتور AC است. این روش در مقایسه با سایر کنترل کننده ها، خطای ردیابی موقعیت زاویه ای محور سروموتور را به میزان 30% کاهش داده است. شبیه سازی در نرم افزار متلب انجام شده است.

    کلیدواژگان: سروموتور AC، کنترل موقعیت زاویه، کنترل فیدبک خروجی، نامساوی ماتریس خطی
  • مسعود دشت دار*، مجتبی نجفی، مصطفی اسمعیل بیگ صفحات 81-107

    یکی از روش های کاهش هزینه تولید و بهبود عملکرد ژنراتورهای شبکه، حل مسئله پخش بار بهینه مبتنی بر مدیریت گرفتگی خطوط است. تا از این طریق بتوان تراکم خطوط و به دنبال آن قیمت نهایی محلی (LMP) را کاهش داد. از آنجاکه پخش بار، دارای معادلاتی غیرخطی است در این مقاله از الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات (PSO) در حل مسئله استفاده شده است. در اینجا سعی شده با لحاظ کردن دو تکنیک، عملکرد الگوریتم PSO را بهبود بخشید. اولین تکنیک استفاده از مولد آشوب به منظور جلوگیری از گیرکردن ذرات PSO در نقاط مینیم محلی و دومی لحاظ کردن ضریب حساسیت توان (GSF) در ساختار الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات وزن شده (WPSO) است تا از این طریق بتوان به صورت هم زمان توان عبوری از خطوط شبکه را محاسبه نموده و پخش بار واقعی به دست آورد. نهایتا خروجی الگوریتم شامل مقادیر ولتاژ باس ها، تلفات خطوط، توان تزریقی به باس ها، توان عبوری از خطوط، کل هزینه تولید، تعیین قیمت برق به صورت یکنواخت (UMP) یا LMP بسته به پر شدن ظرفیت خطوط و محاسبه سود ژنراتورها خواهد بود. ضمنا به منظور بررسی دقت الگوریتم، روش پیشنهادی روی شبکه های استاندارد 14 شینه، 30 شینه، 57 شینهIEEE  آزموده شده که نتایج آن نشان دهنده افزایش سرعت و دقت الگوریتم در مقایسه با دیگر روش ها بوده است.

    کلیدواژگان: پخش بار بهینه، قیمت نهایی محلی، ضریب حساسیت توان، الگوریتم PSO
  • محمد علیزاده*، میثم جعفری، قادر کرمی صفحات 108-130

    هزینه بسیار پایین استفاده از منابع انرژی تولید انرژی تجدیدپذیر بادی و خورشیدی از یک سو و افزایش انتشار گازهای گلخانه ای و قیمت سوخت از سوی دیگر، موجب رشد هم زمان استفاده از منابع تجدیدپذیر و خودروهای الکتریکی شده است. در این مقاله یک مدل ریاضی خطی آمیخته با عدد صحیح به منظور برنامه ریزی احتمالاتی مشارکت واحدهای حرارتی با هدف حداقل کردن هم زمان هزینه بهره برداری و انتشار آلاینده ها در حضور منابع تجدیدپذیر و خودروهای الکتریکی دارای قابلیت شارژ و دشارژ پیشنهاد شده است. خودروهای الکتریکی دارای قابلیت خودرو به شبکه می توانند به عنوان واحد ذخیره انرژی در یک شبکه هوشمند عمل کرده و در صورت نیاز به عنوان منبع تولید انرژی به شبکه متصل شوند. لذا در این مقاله از یک تجمیع کننده برای هماهنگی شارژ و دشارژ خودروهای الکتریکی استفاده شده است. از سوی دیگر، عدم قطعیت در پیش بینی توان تولیدی منابع تجدیدپذیر، برنامه ریزی شارژ و دشارژ خودروهای الکتریکی و مشارکت واحدهای حرارتی را پیچیده می کند بنابراین در این مقاله از روش شبیه سازی مونت کارلو برای مدل سازی عدم قطعیت در پیش بینی توان تولیدی منابع تجدیدپذیر بادی و خورشیدی و بار مصرفی شبکه استفاده شده است. نتایج به دست آمده از شبیه سازی ها نشان می دهند که مدل خطی پیشنهادی و به کارگیری روش فاصله احتمالاتی جهت کاهش تعداد سناریوها، علاوه بر به حداقل رساندن هم زمان هزینه های بهره برداری واحدهای حرارتی و انتشار آلاینده ها، زمان رسیدن به جواب بهینه را به طرز چشمگیری کاهش داده است.

    کلیدواژگان: برنامه ریزی خطی آمیخته با اعداد صحیح، خودروهای الکتریکی، عدم قطعیت، مشارکت واحدها، منابع انرژی تجدیدپذیر
  • علی محمد تبریزچی، محمد مهدی رضایی*، شاهرخ شجاعیان، مریم شریف دوست صفحات 131-148

    با گسترش روزافزون سیستم های قدرت، عوامل تصادفی موثر بر عملکرد این سیستم ها نیز افزایش یافته اند. افزایش تقاضا برای انرژی الکتریکی به همراه عوامل تصادفی مذکور موجب شده اند که روش های تحلیل عدم قطعیت، اهمیت ویژه ای در تحلیل پایداری سیگنال کوچک سیستم های قدرت پیدا کنند. در این مقاله روشی بر اساس تقریب چند جمله ای برای تحلیل پایداری احتمالاتی سیگنال کوچک سیستم های قدرت ارایه شده است. از آنجا که تعیین صحیح ضرایب مجهول، اثر مستقیمی بر دقت روش تقریب چند جمله ای می گذارد، در این مقاله روشی ارایه شده که قادر است ضرایب مذکور را با پوشش بیشتری بر فضای احتمالاتی ورودی مساله تعیین کند و علاوه بر آن، با افزایش تعداد متغیرهای تصادفی ورودی همچنان کارایی خود را حفظ کند.پس از تعیین ضرایب مجهول، نتایج پخش بار و ماتریس حالت سیستم به ازای تغییرات تصادفی تمامی بار ها و بر اساس تقریب چند جمله ای هرمیت تعیین می شود. سپس، مقادیر ویژه سیستم بصورت احتمالاتی تعیین می شوند و پایداری سیگنال کوچک سیستم مورد مطالعه قرار میگیرد. به منظور بررسی صحت و کارایی روش پیشنهادی، شبکه نمونه 14 باس IEEE در نرم افزار MATLAB شبیه سازی شده است و نتایج حاصل از روش پیشنهادی با نتایج حاصل از دو روش مرسوم تخمین نقطه و مونت کارلو مقایسه شده است. بررسی نتایج نشان داده است که روش پیشنهادی این مقاله علاوه بر صحت، از دقت مناسب و سرعت محاسبات بالایی برخوردار می باشد.

    کلیدواژگان: پایداری سیگنال کوچک، بررسی احتمالاتی سیستم های قدرت، روش تقریب چند جمله ای هرمیت
  • زهرا بونیک، موسی شمسی*، محمدحسین صداقی صفحات 149-162

    در این مقاله روشی برای مدل سازی بلادرنگ و متعامل بافت نرم در رزولوشن بالا بررسی می شود که در آن مدل درشت بافت نرم با غنی سازی مبتنی بر داده به مدل ظریف تبدیل می شود. برای این منظور در مرحله پیش پردازش نمونه های متناظر درشت و ظریف برای ساخت پایگاه داده های آموزشی ایجاد می شوند. با استفاده از یک رگرسور، مدل درشت مرحله آزمایش با مدل های درشت مرحله آموزش مقایسه شده و وزن هایی به هر نمونه آموزشی تخصیص می یابد و با این وزن ها بافت ظریف مرحله آزمایش با ترکیب خطی مدل های ظریف آموزشی تخمین زده می شود. با فرض تغییرشکل های محلی ناشی از اعمال نیرو به بافت، روشی برای استخراج بردار ویژگی پیشنهاد می شود که تغییرات مکانی گره محل تماس و گره های اطراف آن را روی مش مدنظر قرار داده و از تغییرات گره های دورتر صرف نظر می کند. این مساله باعث کاهش بعد بردار ویژگی و در نتیجه کاهش پیچیدگی محاسبات می شود. برای تعیین میزان شباهت و محاسبه وزن های ترکیب خطی، از رگرسور غیرخطی با هسته گوسی استفاده می شود و برای کاهش اعوجاج ناشی از وزن های منفی، الگوریتم حداقل مربعات غیرمنفی در رگرسور اعمال می شود. روش پیشنهادی روی دو مدل بافت نرم پیاده سازی شده و از نظر دقت بازسازی، پیچیدگی محاسباتی و زمان شبیه سازی مورد بررسی قرار گرفته است.

    کلیدواژگان: مدل سازی بلادرنگ و متعامل، غنی سازی مبتنی بر داده، تغییرشکل بافت نرم
|
  • Khadijeh Mahdikhanlou, Hossein Ebrahimnezhad* Pages 4-32

    Sign language recognition systems help deaf people to access various media. In this paper, the Leap Motion Controller (LMC) and the image of the hand are exploited for sign language recognition. The LMC provides 3D position of the hand joints. The first set of features are extracted from the data provided by the LMC. When the hand is not located in vertical view of the LMC or when the hand posed like a fist, the precise position of the hand joints is not recognizable. The second feature extracted from hand image helps most hand gestures be recognized precisely. The second feature includes histogram of oriented gradients and the distance of the hand contour form the center of the hand. Also, a dataset composed of variant American sign language gestures is created which includes 64000 samples. In recognition stage, random forest is applied which is a good option for large datasets. The experimental results show that the proposed method performs better than similar methods.

    Keywords: hand gesture recognition, Leap Motion Controller, histogram of oriented gradients, random forest
  • MohammadAmin Sobouti, Davood Azizian*, Mehdi Bigdeli, Gevork B. Gharehpetian Pages 33-54

    The modeling of high frequency electromagnetic transients and the simulation of the voltage and the current distribution in the multi-winding traction transformerchr('39')s windings due to these transient waves are very important. In the present article, in addition of presenting finite element models, the coupled field-circuit approach is proposed for the modeling of high frequency electromagnetic transients in a multi-winding traction transformer. The proposed method uses two-dimensional finite element models coupled with an external circuit to model the electromagnetic transient behavior of the multi-winding traction transformer. Afterwards, the results of the presented method have been compared with the results obtained from a complete three-dimensional finite element model as well as the detail modelchr('39')s results and the results are validated. Finally, the validated high-frequency model has been used to study the impulse response of the transformer. As shown, the proposed approach is a simple and fast method, and also has good accuracy in modeling of the impulse voltage distribution in the multi-winding traction transformerchr('39')s windings.

    Keywords: Multi-winding traction transformer, Transient, Electromagnetic modeling, Ladder network, Coupled field-circuit, Finite element
  • Farhad Amiri, MohammadHassan Moradi* Pages 55-80

    In this paper, a new output feedback control method was used based on a linear matrix inequality to control the angular position of AC servo motor shaft. The proposed control method does not need to measure all of the AC servo motor statuses; it only uses the output feedback and is robust against the uncertain servo motor parameters and the disturbances applied to it. The proposed control method was compared in several scenarios with a Standard Internal Model Control-Sliding Mode Control (SIMC-SMC) method, 2-Degree-of-Freedom Internal Model Control-Sliding Mode Controller (2DOF-IMC-SMC) method, 2-Degree-of-Freedom Internal Model Control-Proportional-Integral-Derivative (2DOF-IMC-PID) method, Standard Internal Model Control-Proportional-Derivatives (SIMC-PD) method, and Internal Model Control-Proportional-Integral-Derivative-Extended State Observer (IMC-PID-ESO) method. The simulation results show that the proposed controller has desirable performance against disturbances and uncertain parameters of the AC servo motor compared with other mentioned controllers. This method relative to other controllers decreased the error of tracking the angular position of the servo motor to 30% .The simulation was performed in the Matlab Software.

    Keywords: AC Servo motor, control the angular position, output feedback control, linear matrix inequality
  • Masoud Dashtdar*, Mojtaba Najafi, Mostafa Esmaeilbeig Pages 81-107

    Away to decrease the costs of generation and improve the performance of the grid generator, solving the problem of OPF based on line congestion management. As the power flow equation is nonlinear, this paper has performed the PSO algorithm to solve the OPF problem. By considering two technique this paper has performed the PSO algorithm for improving the performance. The first technique is to use a chaos generator to prevent PSO particles from sticking to local minimum points and the second is to consider the GSF in the WPSO algorithm structure so that the power passing through network lines can be simultaneously calculated and real power flow. Finally, the result of  WPSO-GSF algorithm which includes the bus voltage values, line losses, injection power to b buses, power passing through lines, total generation cost, setting electricity prices in two ways, UMP or LMP, depending on filling line capacity and calculating generatorschr('39') profits has carried out .and also, to check the accuracy of the algorithm, the proposed method has been tested on IEEE 14-BUS, 30-BUS, 57-BUS standard networks, the results which indicate an increase in the speed and accuracy of the WPSO-GSF algorithm compared to other methods in improving the OPF problem.

    Keywords: Locational marginal price, Optimal power flow, Congestion management, PSO algorithm, Generating scaling factor
  • Mohammad Alizadeh*, Meysam Jafari, Ghader Karami Pages 108-130

    The very low cost of renewable energy resources and the increase of the greenhouse gas emissions and fuel cost have led to a simultaneous increase in utilizing the renewable energy resources (RESs) and electric vehicles (EVs). In this paper, a mixed-integer linear programming (MILP) model is proposed for the stochastic unit commitment problem with the aim of minimizing the operation cost and the emission in the presence of EVs and RESs. EVs with the capability of vehicle-to-grid (V2G) can operate as energy storage units in the smart grid and, if necessary, be connected to the network as generation resources. In this paper, an aggregator is responsible for coordinating the charging and discharging of EVs. The RESs uncertainties has complicated the management of electric vehicles and the unit commitment problem. Therefore, in this paper, Monte Carlo simulation method is used for modeling the uncertainties of the wind and solar power and the load demand. The simulation results show that the simultaneous utilization of the proposed MILP model and the probability distance method for reducing the number of scenarios, can minimize the operation cost of thermal units and pollutant emissions while reduces the solution time, significantly

    Keywords: Electric vehicles, Renewable energy sources, Uncertainty, Units commitment
  • Ali Mohammad Tabrizchi, MohammadMahdi Rezaei*, Shahrokh Shojaeian, Maryam Sharifdoost Pages 131-148

    With the increasing expansion of power systems, random factors affecting the performance of these systems have also increased. Rising demand for electrical energy, along with the aforementioned random factors, has led to uncertainty analysis methods being of particular importance in analyzing the small signal stability of the power systems. In this paper, a method based on polynomial approximation for probabilistic small signal stability analysis of the power systems is presented. Since the correct determination of unknown coefficients has a direct effect on the accuracy of the polynomial approximation method, this paper presents a method that is able to determine these coefficients with more coverage on the probable input space of the problem and in addition, is able to maintain its efficiency even by increasing the number of random input variables. After determining unknown coefficients, the load flow results and system state matrix are determined for random changes of all loads and based on Hermitchr('39')s polynomial approximation. Then, the eigenvalues ​​of the system are determined and the stability of the small signal of the system is probabilistically studied. In order to evaluate the accuracy and effectiveness of the proposed method, the IEEE 14-bus benchmark system is simulated in MATLAB software and the results of the proposed method is compared with the results of the two conventional methods of Point Estimation and Monte Carlo. Examination of the results has shown that the proposed method in this paper, in addition to validity, has good accuracy and high computational speed.

    Keywords: Small signal stability, Polynomial approximation, Probabilistic analysis of power systems
  • Zahra Bounik, Mousa Shamsi*, MohammadHossein Sedaaghi Pages 149-162

    In this paper, a real-time interactive high resolution soft tissue modeling is implemented that enriches a coarse model in a data-driven approach to produce a fine model. As a preprocess step, a set of corresponding coarse and fine models are simulated for the database. In the test step, by using a regressor, the coarse model in the test set is compared to the coarse models in the training set and the blending weights are assigned to the training coarse models. These weights are used for approximating the fine model as a linear combination of the corresponding fine models in the train set. To decrease the computational complexity, assuming that applying a force on the tissue results in a local deformation, a feature extraction algorithm is proposed that considers the displacements of the contact node and its neighbor nodes and ignores the rest. This results in a low dimensional feature vector and decreases the computational complexity. In order to compute the blending weights, a nonlinear regressor with Gaussian kernel is leveraged. To eliminate the artefacts resulting from negative weights, a nonnegative least square algorithm is used for regression. Simulation results of applying the proposed method on two soft tissue models are investigated regarding the reconstruction accuracy, computational complexity and running time.

    Keywords: Real-time interactive modeling, Data-driven enrichment, Soft tissue deformation